[發明專利]基于全橋電路的鋰電池電壓均衡裝置及其均衡方法

有效

• 申請號: 202010845948.2
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112054572B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 但強;趙慶川;于慶;柏思忠;李濤;孫世嶺;李軍;羅前剛;萬勇;王紹楊;程賡;馬勤勇;蔣洪慶;路萍;王祖迅;宋連洪
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

1.一種基于全橋電路的鋰電池電壓均衡裝置，其特征在于：包括檢測電路、控制電路、開關陣列以及全橋電路；

所述檢測電路用于檢測鋰電池中各單體電池的電壓并將檢測信號輸出至控制電路，所述控制電路根據檢測電路輸出的電壓檢測信號控制開關陣列的通斷將高電壓目標單體電池的電量通過全橋電路轉移至低電壓目標單體電池；

所述開關陣列包括n+1個開關橋臂，鋰電池中，編號為奇數的單體鋰電池的正極通過對應的開關橋臂與全橋電路的第一連接端子連接，編號為偶數的單體鋰電池的正極通過對應的開關橋臂與全橋電路的第二連接端子連接，整個鋰電池的負極通過對應的開關橋臂與全橋電路的第二連接端子連接；

單體鋰電池的編號由整體鋰電池的負極到正極依次編號，對應于整個鋰電池的負極的開關橋臂為S0，對應于整個鋰電池正極的橋臂為Sn，其中：

橋臂S0由一個NMOS管構成；

開關橋臂S1至開關橋臂Sn由兩個PMOS管串接形成，其中，同一開關橋臂的PMOS管的源極相連接；

所述全橋電路包括電感L、電容C、NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4；

NMOS管Q1的漏極與NMOS管Q3的漏極連接，NMOS管Q1的源極連接于NMOS管Q2的漏極，NMOS管Q2的源極與NMOS管Q4的源極連接，NMOS管Q3的源極和NMOS管Q4的漏極連接，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4均具有續流二極管，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4的柵極均由控制電路控制；

電感L1的一端作為全橋電路的第一連接端子，電感L1的另一端連接于NMOS管Q1的源極和NMOS管Q2的漏極之間的公共連接點，NMOS管Q3的源極和NMOS管Q4的漏極之間的公共連接點作為全橋電路的第二連接端子，電容C的一端連接于NMOS管Q1和NMOS管Q3的漏極之間的公共連接點，電容C的另一端連接于NMOS管Q2和NMOS管Q4的源極之間的公共連接點；

所述均衡裝置按照如下方法進行均衡：

S1.檢測電路檢測個單體電池的電壓并輸入至控制電路中；

S2.控制電路計算各單體電池相互之間的電壓差值△V_cell，若△V_cellV_ON，則進入到步驟S3，其中，V_ON為進行電池均衡的開啟電壓；

S3.控制電路控制橋臂S0、S1以及S2處于工作狀態，對均衡裝置進行軟啟動；

S4.全橋電路軟啟動完成后，控制電路控制高電壓目標單體電池Celli所對應的橋臂導通以及控制全橋電路處于工作狀態，將高電壓目標單體電池Celli的電量轉移至全橋電路中，全橋電路處于升壓狀態；

S5.當全橋電路升壓完成后，控制電路控制低電壓目標單體電池所對應的橋臂導通以及全橋電路處于工作狀態，將全橋電路的電量轉移至低電壓目標單體電池，全橋電路處于降壓狀態；

S6.重復步驟S4-S5，且控制電路判斷單體電池相互之間的電壓差值△V_cell是否滿足△V_cellV_OFF，則控制電路控制各橋臂以及全橋電路停止工作，鋰電池的均衡過程結束，其中，V_OFF進行電池均衡的結束電壓；

步驟S3中，對均衡裝置進行軟啟動具體包括：

S31.電感蓄能階段：控制電路控制橋臂S1和橋臂S2處于導通狀態，其余橋臂處于截止狀態，且橋臂S2的導通時間t_s1為：

其中，u_C為電容C的電壓，L為電感L的電感值，V_cell2為單體電池Cell2的電壓，I_Lmax為電感L的最大承受電流；

S32.電感釋能階段：控制電路控制橋臂S2截止，橋臂S1保持導通，且橋臂S0導通；其中，電感釋能階段持續時間t_s2必須滿足以下條件：

其中，V_cell1為單體電池Cell1的電壓；

S33.判斷電容C的電壓u_C是否達到設定電壓值V_Cth，如是，則結束均衡裝置的軟啟動過程，如否，則重復步驟S31和步驟S32，直至電容C的電壓u_C達到設定電壓值V_Cth。